[发明专利]一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用。所述材料是通过以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到。该材料具有阶梯式双温度刺激响应性以及高氨基密度(大于12mmol/g)、羧基密度(大于5mmol/g)和纳米空腔。

技术领域

本发明属于生物质纤维改性技术领域，具体涉及一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，水体重金属离子的去除技术主要包括化学沉淀、浮选、还原、离子交换、电渗析、溶剂萃取、生物吸附、膜分离和吸附。吸附法因其具有操作灵活性且操作成本较低的优点被认为是一种具有发展前途的去除方法。但是，目前所报道的纤维素基重金属离子吸附材料大多制备工艺复杂，并且由于材料本身吸附重金属离子的官能团密度较低，导致去除率和去除效率相对较低，尤其是低浓度下的去除效果较差，且难以实现对阴离子和阳离子型重金属离子的同时去除。

目前，CO₂的捕集方法主要包括吸收法、膜分离法、吸附法和深度冷凝法，其中吸附法是基于多孔材料表面活性点选择性地捕集分离CO₂，具有操作灵活性且操作成本较低的优点，但传统CO₂吸附材料面临难以兼具高CO₂吸附容量和低再生温度的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料及其制备方法，该材料具有阶梯式双温度刺激响应性以及高氨基、羧基密度和纳米空腔，使得材料兼具高CO₂吸附容量和低再生温度性能，且能实现对低浓度阴离子和阳离子型重金属离子同时完全快速去除。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料，是通过以阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维为基体，冠醚修饰的两性超支化聚胺为功能试剂，采用交联剂直接将阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维与冠醚修饰的两性超支化聚胺一步交联复合得到；

所述阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的阶梯式双温度刺激响应是具有两个温度阶段的刺激响应性，其低临界溶解温度分别在30-37℃和40-50℃范围，是在生物质纤维原料上化学接枝阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺得到；所述阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺是由N-异丙基丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，再按比例混合均匀得到；

所述冠醚修饰的两性超支化聚胺由三乙烯四胺五乙酸和4'-氨基苯并-18-冠醚-6修饰超支化聚胺得到，三乙烯四胺五乙酸的羧基分别与超支化聚胺的氨基和4'-氨基苯并-18-冠醚-6的氨基发生酰胺化反应；所述超支化聚胺由胺化试剂与丙烯酸甲酯发生迈克尔加成反应和自缩聚反应得到。

优选地，所述交联剂采用环氧氯丙烷；所述生物质纤维原料采用蔗渣浆纤维、桉木浆纤维、竹浆纤维中的一种或多种混合。

所述生物质智能纤维基两性型多功能吸附材料的制备方法，包括以下制备步骤：

S1.羧基化生物质纤维的制备：采用TEMPO试剂将生物质纤维原料的纤维素结构单元的C6位上的羟基氧化为羧基，通过控制反应条件来调控氧化程度，制备羧基化生物质纤维；

S2.阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺的制备：采用N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯分别与聚乙烯亚胺发生迈克尔加成反应后，再按比例混合均匀，制得的改性聚乙烯亚胺具有阶梯式双温度刺激响应性；

S3.阶梯式双温度刺激响应性生物质智能纤维的制备：羧基化生物质纤维与阶梯式双温度刺激响应的聚乙烯亚胺在高温下发生酰胺化反应；